Лекции по Базам данных. лекции. Развитие технологий обработки данных
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Компоненты банка данных Под Банком данных (БнД) понимается сложная человеко-машинная система, включающая в свой состав различные взаимозависимые и взаимосвязанные компоненты (рис. 1.1).  Рисунок 1.1. – Компоненты банка данных Рассмотри каждый компонент банка данных в отдельности. Информационная Обратим внимание на рисунок приведенный выше. Очевидно, что в банке данных можно выделить некоторое ядро или наиболее важный центровой элемент. В данном случае ядром банка данных является база данных. При этом сама база данных – поименованная совокупность взаимосвязанных информационных данных, находящихся под управлением системы управления базой данных. Если вспомнить предыдущий параграф можно сделать утверждение, что данные, которые находятся в базе данных являются комплексированными и общими. В понятие комплексированные или интегрированные информационные данные вкладывается смысл, которые говорит о возможности охарактеризовать базу данных как комплекс или сумму нескольких отдельных файлов данных, полностью или частично не совпадающих. Что такое общие данные? Мы уже рассмотрели ранее общие данные, которые имели возможность полностью или частично убирать такой недостаток как дублирование. В данном случае под общими данными мы понимаем некоторую возможность эксплуатировать отдельные области данных в базе данных множеством различных пользователей, то есть каждый пользователь из множества имеет доступ к одной и той же информации в соответствии с уровнем доступа. Причем каждый из допущенных к информации пользователей может пользоваться ее для решения различных задач. Следствием объединенной базы данных является то, что любой их пользователей, имеющий доступ к информации пользуется конкретным отдельным набором элементов этой базы. Ему совсем не надо пользоваться всей базой данных и как вывод эта база данных буде восприниматься различными пользователями не однозначно. Терминология сложившаяся уже десятилетиями при сведении объектов реального мира в базы данных включает в себя сведения и их актуализирующие признаки. Сведения, которые могут хранится в базе данных традиционно называют сущностями (еntitiеs). А актуальными признаками этих сведений, хранящихся в базе данных называют свойствами или атрибутами (аttributеs). Актуализация признака конкретного информационного объекта это определение значения его свойства или атрибута. В конкретной базе данных могут иметь отражение не только какие-нибудь физические объекты реального мира. База данных может включить в себя информацию и об различных абстракциях, всевозможных процессах, существующих или несуществующих явлениях - то есть обо всем, с чем только может встретиться пользователь в своей профессиональной деятельности. Продолжим введение сложившейся терминологии. Кроме сведений об объектах реального можно выделить и отдельно показать существующие отношения также, которые связывают эти объекты их свойства. Эти отношения которые организуют взаимодействие и элементов и их свойств тоже являются элементами базы данных. В отдельную информацию входящую в базу данных включается метаинформация (информация об информации), различные описания функционирующей базы данных (организационные схема), информация о предметной области, необходимая для проектирования информационной системы (базы данных), информация о пользователях и уровне доступа, информация о принятых в данной информационной системе проектных решениях и много другое. Есть даже некий термин «словарь данных», который может быть словарем-справочником, энциклопедией, репозиторием и подразумевает централизованное хранилище метаинформации. Программное обеспечение банка данных Программные обеспечение или программные средства банка данных определятся как сложное объединение программных средств, реализующих функциональное взаимодействие всех частей информационной системы (Рисунок 1.2). Система управления базой данных является центровым элементом программных средств банка данных является, то есть служит базовым элементом программного обеспечения. Система управления базой данных (СУБД, database management system (DBMS)) или диспетчер базы данных (database manager) представляет собой множество различных языковых и программных средств, способствующих снижению сложности выполнения всех операций, связанных с организацией хранения данных, их корректировки и доступа к ним. Основная функция, выполняемая системой управления базой данных это предоставление имеющему соответствующий доступ пользователю базы данных возможности работать с информацией, не особенно касаясь детальных вопросов аппаратного уровня. Заглядывая внутрь программных средств и выделив центровой элемент необходимо сказать что система управления базой данных так же имеет ядро – ядро СУБД (Data Base Engine). Это ядро обеспечивает и организует ввод, обработку и хранение данных, а также контролирует средства тестирования и утилиты, которые обеспечивают выполнение различных вспомогательных задач и функций. Наиболее важной компонентой системы управления базой данных для использования языковых средств являются трансляторы или компиляторы. Посмотрев на рисунок 1.2. можно увидеть наличие в составе программных средств операционной системы (ОС). Это объясняется тем, что подавляющее большинство систем управления базой данных при своей работе базируется на универсальных операционных системах, соответственно при работе обязательно взаимодействует с операционной системой при обработки обращений к базе данных, следовательно можно считать как обязательный элемент входящий в состав банка данных.  Рисунок 1.2. – Программные средства банка данных Раскрывая процесс взаимодействия базы данных с операционной системой необходимо указать тот факт, что для обработки запросов к базе данных организуются определенные программы, которые и представляют прикладное программное обеспечение банка данных или как элемент обеспечения – прикладные программные средства. Языковые средства Какую функцию в информационной системе выполняют языковые средства? Они обеспечивают взаимодействие разноязычных пользователей и приложений с банком данных. Необходимо указать, что главенствующую роль языковые средства играют и при проектировании базы данных. Например очень важно соблюдать принципы создания языков нового поколения. К таким принципам относятся: При проектировании языков четвертого поколении используются следующие принципы: принцип минимума работы; принцип минимума мастерства; принцип естественности языка; принцип минимума времени; принцип минимума ошибок; принцип минимума поддержки; принцип максимума результата. Теперь каждый из принципов рассмотри отдельно и поясним. Принцип минимума работы говорит о том, что языковые средства должны обеспечивать минимальные усилия для того, чтобы информационная система функционировала. Принцип минимума мастерства является спутником «дружественного интерфейса». В данный принцип заложен смысл того что для функционирования информационной системы не надо иметь слишком профессиональные навыки. Работа должна быть максимально проста, и разобрать в ней мог не только избранный и только в это посвященный. Принцип естественности языка управления включает в себя понятие информационной системы как родной, исключающий понятие системы как чужеродного устройства и в дополнение исключающий искусство запоминания (мнемоники). Принцип минимума времени говорит о том, что языковые средства должны без существенных задержек позволять реализовывать постоянно возникающие потребности в доступе к данным и их обработку. Принцип минимума ошибок подразумевает проектирование языковых средств таким образом чтобы эти средства имели возможность некоторые языковые ошибки устранять самостоятельно или оповещать о них пользователя. Принцип минимума поддержки раскрывает наличие возможности внесение изменений в языковые средства в любом имеющимся приложении. Принцип максимального результата раскрывает возможность пользователю решать разнообразные задачи на основе мощнейшего инструментария имеющегося в приложениях. В настоящее время выделяют два взгляда направленное на развитие языковых средств. Первый взгляд – это взгляд разделения. Второй взгляд – это взгляд интеграции. В первом случае языковые средства разделяют на языки описания данных (ЯOД), языки манипулирования данными (ЯMД), языки запросов и прочие языковые средства. Языки описания данных в зависимости от особенностей системы управления базой данных имеют в своем составе язык описания схем, язык описания подсхем, язык описания хранимых данных и язык описания внешних данных. Состав может изменяться в зависимости от того какие из перечисленных языков поддерживаются системой управления базой данных. Языки манипулирования данными разделяются на два обширных класса: процедурные и непроцедурные. Когда используются процедурные языки необходимо указывать что надо сделать, с каким объектом и какой при этом нужно получить результат. Когда используются непроцедурные языки, тогда необходимо указывать только что нужно получить в ответ. Примером непроцедурного языка могут служить языки базирующиеся на реляционных исчислениях, ярким представителем которых является язык запросов SQL. Языковые средства могут еще делится на категории по функциональным возможностям. По функциональным возможностям языковые средства делятся на языки запросов, комплексные языки запросов-обновлений, генераторы отчетов, графические языки, инструментальные средства поддержки решений, генераторы приложений, машиноориентированные языки спецификаций, параметризированные пакеты прикладных программ и языки приложений. Языки запросов, обеспечивающие только возможности запросов занимаются вопросом обеспечения вывода требуемых данных на экран или печать в нужном для этого формате. Комплексные языки запросов-обновлений занимаются тем, что позволяют производить сложные запросы, которые относятся одновременно к нескольким взаимодействующим между собой записям. При помощи этих языков обновлять данные так же легко, как и формулировать запросы; с их использованием пользователи могут создавать собственные файлы. Генераторы отчетов позволяют выбирать необходимые данные из файлов или баз данных и форматировать их в виде требуемых форм документов. Графические языки предназначены для того, чтобы выводить данные в виде различных графиков и диаграмм, а также использовать другие возможности графических редакторов. Инструментальные средства поддержки решений предназначены для систем принятия решений. Система поддержки принятия решений (CППP) (Decision Support System, DSS) — компьютерная автоматизированная система, целью которой является помощь людям, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. CППP возникли в результате слияния управленческих информационных систем и систем управления базами данных. Генераторы приложений обеспечивают возможность характеристики непроцедурным путем некоторых требований к обработки данных с последующей автоматической генерацией программного кода. Машиноориентированные языки спецификаций являются более универсальными в своей группе генераторов приложений так как могут специфицировать разнотипные приложения. Параметризированные пакеты прикладных программ позволяют пользователям генерировать собственные отчеты, запросы к базам данных и прочие. Они допускают легкую модификацию самого пакета прикладных программ. Языки приложений предназначены для того, чтобы управлять финансами, работой различных устройств имеющих программное управление в специфических приложениях. Можно еще языковые средства разделить по форме представления. В этом случае языковые средства разделяются на аналитические, табличные и графические. В настоящее время множество современных систем управления базами данных состоят из нескольких разно уровневых языковых средств. Основные определения и понятия баз данных Принципиальные взгляды современной информатизации общества базируются на базах данных, их идеях, взглядах и концепциях. Согласно этих идей, взглядов и концепций, которые являются основой информационных технологий те данные, которые организуются в базе данных с целью адекватного воспроизведения изменяющегося реального мира и, как следствие удовлетворение информационных пользовательских потребностей. Информация – это основополагающее понятие в теории баз данных. Что такое информация? Информация, так же как и система – это основные понятия не только в теории баз данных. Это такие понятия, которые имеют широкое значение в информатизации всего окружающего нас мира. В данном случае, с уклоном на базы данных, под информацией понимаются любые сведения о каком-либо событии, процессе или объекте. Все что может заинтересовать пользователя базы данных может быть отнесено к информации. В период становления вычислительной техники с пользовательской стороны стразу образовались два направления. Первое направление означало, что вычислительная техника должна облегчить произведения расчетов которые выполнялись слишком долгое время или вообще были невозможны для решения их вручную. То есть первое направление – это выполнение численных расчетов. Именно на этом направлении стали развиваться методы решения нетривиальных математических задач. Оно способствовало развитию языков программирования. Языки программирования следовательно стали ориентироваться на удобные записи алгоритмов, для чего стала развиваться обратная связь с проектировщиками новейших, прорывных архитектур, реализуемых в вычислительных системах. Использование средств вычислительной техники в процессах автоматизации стало вторым направлением использования данных средств. Любая информационная система, это прежде всего программные комплекс, который обладает рядом функциональных требований. Это прежде всего поддержка эффективного хранения информации на запоминающем устройстве, выполнения для каждого приложения специфичных, только для него преобразований данных, выполнение различных операций с данными для представления пользователю в удобном для него виде. При этом пользователю должен быть предоставлен удобный, «дружественный» или легко осваиваемый интерфейс. Надо понимать, что в реальных системах пользователь сталкивается с достаточно большим объемом информации и со сложной структурой самой информационной системы. Банковские системы, системы резервирования мест проживания, системы бронирования мест на рейсы – это все классические примеры информационных систем. На основании того, что различных определений информации очень много, мы в данном пособии под информацией будем понимать любые сведения о каком-либо событии, процессе или сущности, при том, что эти сущности и процессы являются составными объектами таких операций как восприятие, передача, преобразование, хранение или использование. Рассмотрим ситуацию, имеется некоторый наблюдатель или пользователь, который воспринимает состояние некоторой информационной системы. Восприятие свое он только фиксирует в собственной памяти в определенной форма. В этом случае можно сказать, что данный наблюдатель имеет в своей память «данные», описывающие процессы происходящие в этой системе. В общем случае в качестве наблюдателя может быть определена информационная система. При этом данные могут быть определены как информация, фиксируемая в определенной форме, используемой для последующей ее обработки, хранения и передачи. Если рассматривать банк данных как систему баз данных (dаtаbаsе systеm), то в этом случае банк данных является системой, организованных данных или баз данных (специальным образом) и включающей программные, технические, языковые, организационно-методические средства, предназначенные для обеспечения централизованного длительного накопления и многопользовательского многоцелевого использования этих данных. Основываясь на понятиях информации и данных в банках данных всегда рассматривается соответственно два аспекта – это инфологический и даталогический. Рассмотри каждый из аспектов. При детальном рассмотрении вопросов смыслового содержания данных, независимо от того как они представлены в памяти – это инфологический аспект. Когда рассматривается информационная система на этапе инфологического проектирования всегда решается ряд вопросов, таких как: в информационной системе накапливается и обрабатывается информация о каких объектах, процессах или явлениях реального мира; какие будут учитываться характеристики и взаимосвязи этих объектов, процессов или явлений реального мира; какие понятия об объектах, процессах или явлениях реального мира, а так же их характеристиках и взаимосвязях будут уточняться. Предметная область, определяющая информационные потребности системы выделяется из реального мира именно на этапе инфологического проектирования. При рассмотрении вопросов представления данных, находящихся в запоминающем устройстве информационной системы уместно говорить об даталогическом аспекте. Даталогическое проектирование – это разработка соответствующих форм представления информации в системе опираясь на данные и базируясь на возможностях информационных средств хранения и обработки информации. В процессе даталогического проектирования опираются на модели и методы представления и преобразования данных, при этом формируются смысловые правила интерпретации. Естественный язык является основным средством представления семантики данных. Под семантикой данных понимается возможность формальной характеристики передаваемых данных, делая их независимыми от приложений. Использование формальных языков позволяет эффективнее организовывать обработку данных в информационных системах и при этом представляет необходимую семантику, которая удовлетворяет практическим потребностям прикладного характера информационных систем. Банки данных так же относятся к этому классу информационных систем. |